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Enhancing aerobic digestion efficiency by pretreatment of sewage sludge
황응주(Eung Ju Hwang),장효(Xiao Zhang),이영옥(Young Ok Lee) 대한환경공학회 2006 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2006 No.12
In order to destroy the refractory structure of sewage sludge and to increase its solubilisation, the processes of various pretreatments have been carried out using alkaline treatment, ultrasonic treatment and different combination of these two methods: alkaline followed by ultrasonic, ultrasonic followed by alkaline, and the combining method in which ultrasonic treatment is applied to waste sludge dosed with alkaline. For sewage sludge with described pretreatment, the SCOD/TCOD ratio varied from 23% to 42%. And based on SCOD concentration and SCOD/TCOD ratio, the combination pretreatment was more effective than a single treatment, especially the combination of simultaneous alkaline and ultrasonic treatment. Sewage sludge pretreated using simultaneous ultrasonic and alkaline treatment could achieve a maximum SCOD/TCOD ratio of 42% and SCOD of 6700mg/l in only 2 hours. In the aerobic batch test, the performance of digester B was better than that of digester A. TSS and TCOD removal rates of sludge in digester B got to 66% and 79% at 40days of retention time, respectively. And after aerobic digestion, the contents of some heavy metals (Mo, As, Cr, Pb, Ti and Hg) were too low to be available, which suggested that it was feasible to apply the stabilized sludge to agriculture.
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알칼리 전처리에 의한 슬러지 호기성 소화 및 액비 특성 변화
황응주(Eung Ju Hwang) 大韓環境工學會 2008 대한환경공학회지 Vol.30 No.1
슬러지 직매립 금지와 런던협약에 따른 해양투기의 금지로 인해 하수슬러지의 처리 대안 연구가 다방면으로 진행되고 있으며 본 연구에서도 슬러지를 안정화시켜 액비로 재활용하는 기술에 대한 실험연구가 수행되었다. 슬러지 가용화를 위해 알칼리 전처리를 도입하였고 전처리된 슬러지를 호기성 소화조의 기질로 투입하여 유기물 및 질소화합물의 성상 변화를 관찰하였다. 또한 pot test를 통해 처리된 슬러지의 액비 이용 가능성을 평가하였다. 그 결과 알칼리 전처리된 슬러지를 호기성 소화조의 기질로 투입할 경우 전처리되지 않은 슬러지를 투입할 경우에 비해 SS 분해율은 57%에서 66%로 VSS 분해율은 59%에서 69%로 증가하였으며, 슬러지를 전처리할 경우 소화조의 체류시간 감소가 예측되었다. 알칼리 전처리와 호기성 소화를 통해 TCOD의 94.1%가 감소되었고, 최종 SCOD는 220∼230 mg/L로 낮아 유기물이 안정화됨을 나타내었다. 소화조에서 질산화와 이로 인한 pH 저하 현상이 발견되었으며 전처리하지 않은 경우(445.4 mgN/L)가 전처리한 경우(223.1 mgN/L)보다 높은 질산농도와 낮은 pH값(최저 3.0)을 보였다. 슬러지를 액비로 이용할 경우 오이 묘목 잎의 성장은 소화 처리된 슬러지, 전처리 및 소화된 슬러지, 처리되지 않은 슬러지, 증류수의 순으로 높았으며 질산성 질소의 농도, 슬러지 투입량은 잎의 성장과 정의 상관성을 보였다. 전처리와 소화를 병행할 경우 처리하지 않은 슬러지보다 잎과 줄기의 생육 모두를 향상시켰으나, 소화만을 거친 슬러지는 처리하지 않은 슬러지보다 잎의 성장은 크게 향상시키고 줄기의 성장은 다소 저하시켰다. In order to meet the stringent requirement of sludge disposal and to find ecological alternative, aerobic digestion coupled with alkaline pretreatment was studied. The treated sludge was tested for the potential of liquid fertilizer. In the aerobic digestion, it was obvious that the performance of digester B(fed with the sludge pretreated by NaOH) was better than that of digester A(fed with raw sludge) in terms of COD and SS removal. SS and VSS removal rates in digester B were 66% and 69%, respectively. At 5 days, TSS removal rate reached 47% in the digester B, which was 71% of final TSS removal rate. It revealed that the pretreatment process can shorten the retention time of aerobic digestion. 94.1% of TCOD in the raw sludge was reduced by alkaline pretreatment and aerobic digestion. Final SCOD was in the range of 220∼230 mg/L implying the sludge was stabilized. Nitrification and pH drop were observed in the aerobic digestion. Final nitrate concentrations in digester A and B were 445.4 and 223.1 mg/L and final pH in digester B was 3.0. Biological assays reported that leaf size of cucumber seedling increased with nitrate concentration and sludge to soil ratio. The sludge treated by alkaline and aerobic digestion promoted the growth of seedling leaf and stem remarkably compared to raw sludge. In contrast, the aerobically digested sludge without pretreatment improved leaf growth and inhibited stem growth.
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생물공정 처리수의 PAC (Poly Aluminum Chloride) 응집에 의한 고효율 인 제거 특성
황응주(Eung Ju Hwang),천효창(Hyo Chang Cheon) 大韓環境工學會 2009 대한환경공학회지 Vol.31 No.8
2011년부터 시행될 2단계 수질 오염 총량제에 대비하여 고효율 인 제거 공정 개발이 필요하며 본 연구에서는 생물학적 처리와 화학적 응집처리를 조합한 공정이 대안으로 검토되었다. 2세대 응집제로서 최근 많이 사용되고 있는 PAC(poly aluminum chloride)를 이용하고 실제 하수종말처리장 A₂O 공정의 호기조 유출수를 시료로 하여 인 응집 특성 및 적정 조건, 효율 향상 방안 등에 대해 실험연구를 수행하였다. 먼저 적정 PAC 투입 농도는 부피기준으로 30 ppm, mol비로는 2.81 mol Al/mol P인 것으로 나타났다. 단순침전에서 17.2%에 불과하던 용존성 인의 제거율이 PAC 10 ppm 투입으로 30.3%까지 증가 하였으며, 20 ppm에서 30 ppm으로 PAC 투입량을 증가시킬 때 49.3%에서 88.4%로 제거율을 크게 향상시킬 수 있었다. 이때 총 인의 제거율은 92.4%, 유출수 총 인 농도는 0.3 mg/L로 총량제에 부합하는 방류수 수질을 달성할 수 있었다. 적정한 응집시간은 4분, 침전시간은 20분, 초기 pH는 7로 나타났고 원시료 (pH 7.0)는 별도의 pH 조절 없이 응집 가능한 것으로 판단되었다. pH 7 조건에서 용존성 인의 제거가 크게 향상되었으며, 추가적인 확인 연구가 필요하나, 이는 인의 경우 Al(OH)3에 의한 sweep floc formation이 주요 제거 기작임을 의미하였다. 2차침전조 유입부에 PAC를 투입하여 2차침전조를 응집침전조로 활용하는 방안과 별도의 응집침전조를 2차침전조 후단에 설치하여 PAC를 투입하는 방안을 비교한 결과 PAC 투입량 대비 인 제거효율 증진 관점에서 후자가 바람직한 것으로 조사되었다. 이때 처리수의 인 농도는 0.18 mg/L, 제거율은 95.4%로 향상시킬 수 있었다. 끝으로 응집 처리수를 반송할 경우 인 제거 효율을 높일 수 있었으며 적정 반송율은 0.3인 것으로 분석되었다. High-rate phosphorous removal by PAC (poly aluminum chloride) coagulation of A₂O effluent was investigate to meet the stringent requirement of wastewater discharge from municipal wastewater treatment plant. A series of jar tests were conducted to find optimum coagulation condition and to enhance removal efficiency. The optimum volumetric concentration of PAC was 30 ppm (2.81mol Al/mol P by mol ratio). Only 17.2% of soluble P was removed for 30 minutes` settling without PAC addition, while this increased to 30.3% by dosing 10ppm PAC. It even increased conspicuously from 49.3% to 88.4% by increasing PAC dose from 20 ppm to 30 ppm. 92.4% of total P was removed by 30 ppm PAC, and the effluent concentration (0.3 mg/L) was acceptable for discharge. The optimum value of coagulation time, settling time, and pH were 4minutes, 20 minutes, and 7.0, respectively. It was not necessary to control pH of raw sample whose pH was 7.0. Soluble P removal was remarkably enhanced at pH 7.0. This implied that sweep floc formation by Al(OH)3 was the main mechanism of coagulation for soluble P removal. Influent and effluent of secondary clarifier were tested for coagulation, and the effluent was better for high-rate P removal. It resulted in 0.18 mg/L of P and 95.4% of P removal by coagulation. It was favorable to recycle the treated water to coagulation tank and the optimum recycle ratio was 0.3.
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슬러지 호기성 소화공정에서의 유기물 분해 및 질산화 특성
황응주(Eung Ju Hwang) 大韓環境工學會 2009 대한환경공학회지 Vol.31 No.10
슬러지의 감량과 최종처분 기술 개발을 위해 실험실 규모 호기성 소화공정을 279일간 운전하였다. 혐기성 소화 슬러지를 원료로 40℃에서 120분간 알칼리 전처리하여 호기성 소화조에 유입시켰다. 유입 슬러지 성상과 HRT의 변화에 따라 소화효율의 변화가 있었으며 적정 HRT는 6일인 것으로 나타났다. 이때 NH₃-N, SCOD, TKN, TCOD, SS, VSS의 평균 제거율(소화조 유입 슬러지 기준)은 각각 97.4%, 81.7%, 68.7%, 61.4%, 50.6%, 47.0% 이었다. SS는 전처리와 호기성 소화를 통해 원료 슬러지(23,920 mg/L)의 73.9% 감량화가 가능하였다. 처리 슬러지는 약 350 mg/L의 SCOD를 포함하고 있어 액비로 활용하기에 무리가 없을 것으로 판단되었다. HRT를 5일 이상으로 유지할 경우 질산화 반응이 활성화되었으며 최대 658 mg/L의 유출 슬러지 질산성 질소 농도를 얻을 수 있었다. 암모니아성 질소 농도는 20 mg/L 내외로 크게 감소하였다. Continuous operation of aerobic sludge digestion reactor was attempted for 279 days. Anaerobic digester sludge, the target material of the experiment, was pretreated by sodium hydroxide at 40℃ for 120 minutes, and the pretreated sludge was fed to 5 L CSTR (continuous stirred tank reactor). Reactor performance was affected by properties of input sludge and HRT (hydraulic retention time). 6 days of HRT showed best and stable performance, and under this condition, removal rates of NH₃-N, SCOD, TKN, TCOD, SS, and VSS were 97.4%, 81.7%, 68.7%, 61.4%, 50.6%, and 47.0%, respectively. 73.9% of SS in anaerobic digester sludge was reduced by pretreatment and aerobic digestion. Effluent sludge had low soluble COD of 350 mg/L. This implied the sludge was stabilized and suitable for use as liquid fertilizer. Nitrification took place when HRT was higher than 4 days. NO₃-N concentration was as high as 658 mg/L while NH₃-N was as low as 20 mg/L.
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